\textbf{Численное выражение светосилы}

Светосила $J\!$ пропорциональна площади действующего отверстия объектива ${\pi
\over 4} \cdot d^2$ (где $d\!$ – диаметр действующего отверстия), делённой на
квадрат главного фокусного расстояния, т. е. ${\pi \over 4}d^2 :f^2$, или ${\pi
\over 4}\cdot\left({d \over f}\right)^2$. Следовательно, светосила объектива
тем выше, чем больше его относительное отверстие.
Относительное отверстие объектива — отношение диаметра действующего отверстия
(диаметра действующей диафрагмы) объектива $d\!$ к его главному фокусному
расстоянию $f\!$. Его величину выражают в виде дроби: ${d \over f}={1 \over K}$,
когда числитель приведён к единице.

Выразив ${d \over f}$ через ${1 \over K}$, где $K\!$ — число шкалы диафрагмы,
получим:

    $J={\pi \over 4} \cdot {1 \over K^2}$

Из формулы следует, что чем больше число диафрагмы, тем меньше светосила объектива. Таким образом, диафрагмирование уменьшает светосилу объектива.

Для сравнения светосилы двух объективов необходимо брать отношение квадратов знаменателей относительных отверстий:

    ${K_2^2 \over K_1^2}=\left({K_2 \over K_1}\right)^2$

Например, светосила объективов с относительными отверстиями 1:4 и 1:8 будет
отличаться в ${8^2 \over 4^2}=4$ раза.


\textbf{Учет светосилы при съёмке}

Если объекты съёмки расположены от фотоаппарата не в фотографической бесконечности, а ближе, то освещённость оптического изображения уменьшается, так как сопряжённое фокусное расстояние, т. е. расстояние от изображения до задней главной плоскости объектива, всегда больше его главного фокусного расстояния. В этом случае фактическая светосила объектива тоже уменьшается. До масштаба 1:10, что приблизительно соответствует расстояниям от объекта съёмки до фотоаппарата более десяти фокусных расстояний объектива, уменьшение светосилы в расчет не принимают. При репродуцировании в крупном масштабе и макрофотосъёмке уменьшение светосилы необходимо учитывать, так как оно влечет за собой увеличение выдержки. В современных фотокамерах изменение светосилы учитывается автоматически.

\textbf{Эффективная светосила}

Относительное отверстие объектива является геометрическим понятием и характеризует его светосилу только условно. При прохождении светового потока через объектив часть его поглощается массой стекла, а часть отражается и рассеивается поверхностью линз, поэтому световой поток доходит ослабленным до светочувствительного элемента. Светосила, учитывающая эти потери, называется эффективной светосилой.

\textbf{Потери света в объективе}

Потеря света, уменьшающая прозрачность $T\!$ объектива, определяется по формуле:

    $T=(1-P)^n \cdot (1-\alpha)^m$

где $P\!$ – доля света, теряемая при отражении одной поверхностью раздела; $n\!$
– число поверхностей раздела воздух–стекло; $\alpha\!$ – поглощение света 1 см
стекла; $m\!$ – суммарная толщина линз в см.

Величина $T\!$ называется коэффициентом светопропускания объектива.

В среднем у непросветлённых объективов при прохождении света сквозь линзы
световой поток ослабляется на 1\% на каждый сантиметр толщины стекла и на 5\%
за счет отражения лучей на каждой поверхности раздела воздух–стекло. Среднее значение коэффициента светопропускания у непросветлённых объективов составляет 0,65, а у просветлённых – 0,9. Световой поток, проходя через непросветлённый объектив, ослабляется в среднем примерно на 1/3. У просветленных объективов световой поток ослабляется в среднем на 0,1, поэтому поправку в выдержку вносить необязательно. В настоящее время все объективы выпускаются просветлёнными.

\textbf{Внутренние отражения света в объективе}

Отраженные и рассеянные линзами объектива лучи света равномерно засвечивают
светочувствительный элемент. Эти лучи уменьшают контраст оптического
изображения. Снижение контраста происходит потому, что рассеянный свет для
ярких участков изображения составляет очень небольшой процент, а для слабо
освещённых – весьма значительный. Поэтому светорассеяние сильно уменьшает
различие деталей в тенях и менее значительно в светах.

Светорассеяние увеличивается при наличии царапин на линзах объектива и особенно при потертости их поверхности в центре, сильной запылённости, сколов стекла около оправы. Поэтому с фотографическими объективами необходимо обращаться бережно.

Аналогично действуют и лучи, рассеиваемые оправой объектива, диафрагмой, стенками фотоаппарата.


\textbf{ТЕСТ MTF}

На сегодняшний день наиболее информативно оценить и сравнить оптическое качество объективов можно при помощи графиков их частотно-контрастных характеристик. Метод частотно-контрастных характеристик (или MTF - Modular Transfer Function - функция передачи пространственной модуляции) заключается в исследовании потерь информации при сравнении различных тест-объектов и их изображений, даваемых объективом. В качестве тестовых объектов принято применять "миры", состоящие из наборов параллельных темных линий одинаковой ширины и светлых промежутков такой же ширины между ними. Количество штрихов, умещающихся по ширине на 1 миллиметре изображения миры, называется ее разрешением, а отношение отражающей способности темных полос и светлых промежутков между ними - контрастом миры. Исследование MTF обычно производится с применением нескольких мир - например миры низкого разрешения (10 линий на 1мм) и миры высокого разрешения (30 линий на 1мм). Встречаются и более информативные варианты с использованием большего ассортимента мир.

Смысл тестирования оптики при измерении MTF - исследование степени падения контраста изображения, создаваемого объективом, в сравнении с оригиналом. Если объектив очень хороший, то изображение мало чем отличается от оригинала и по резкости, и по контрасту, а значит значение MTF такого объектива всегда будет близким к 1 (или к 100%, что одно и то же). При падении резкости изображение будет выглядеть более размытым, то есть потеряет контраст и четкость. На графиках MTF отображается зависимость падения контраста изображения на разном удалении от ценра кадра при максимальном относительном отверстии и на диафрагме 8, отдельно для радиального расположения штрихов миры (сагиттальная ориентация) и случая, когда штрихи миры расположены перпендикулярно радиусу (тангенциальная ориентация). В случае зумов семейства графиков MTF строятся для нескольких значений фокусных расстояний.

Теперь немного о том, как интерпретировать графики MTF. Если значения MTF близки к 100%, то объектив будет исключительно резким и контрастным. Качества объективов, имеющих MTF на уровне 70-80% и выше, вполне достаточно для большинства работ профессионального уровня. Ну а объектив, чей график MTF опускается ниже 30%-отметки, можно покупать лишь в том случае, если вы в дальнейшем собираетесь печатать только фотографии 10х15см в минилабе. Высокие значения MTF, полученные для миры с высоким разрешением, говорят о том, что даже при значительных увеличениях изображение будет достаточно резким, не "поплывет". Близкие к 100% показатели MTF для миры с низким разрешением свидетельствуют о высокой контрастности объектива. Если при хороших показателях низкочастотной MTF график MTF для миры с высоким разрешением лежит в области низких значений, то исследуемый объектив при хорошем контрасте имеет проблемы с резкостью изображения при больших увеличениях (хотя фотографии небольших форматов будут смотреться отлично). Если высокие значения MTF объектив показывает не только в центре изображения ("0" по шкале), но и на расстоянии 10-12мм от него, то резкость такого объектива будет хороша на значительной площади кадра. Ну а если график MTF "доползает" до отметки 15-20мм без резких "обрывов" вниз, то резкость будет, что называется, "от края до края". Чем ближе друг к другу проходят графики MTF для сагиттальной и тангенциальной ориентаций миры, тем лучше у этого объектива исправлен астигатизм, а следовательно - более естественным и "мягким" будет размытие изображения в зоне нерезкости. Ну и, наконец, из сравнения семейств графиков MTF объектива при максимальном относительном отверстии и задиафрагмированного до f/8, можно сделать вывод о том, насколько его диафрагмирование повышает резкость изображения.